技术领域
[0001] 本
发明涉及
汽车技术领域，特别涉及一种发动机的控制方法、系统及车辆。
背景技术
[0002]
均质压燃燃烧方式(Homogeneous Charge Compression Ignition,HCCI)以及预混压燃方式(Premixed Charge Compression Ignition,PCCI)在节能和减排方面的巨大潜
力，得到了普遍的关注。上述燃烧方式是靠缸内可燃混合气的化学动力学反应来控制着火时刻，其一个主要的技术难点就是，比传统
汽油机通过点火时刻和传统柴油机通
过喷油时刻控制着火时刻困难的多，难以找到一种有效的控制技术保证燃烧在可控的程度内进行，使得各缸之间燃烧不一致，而且由于使用过程中的摩擦损耗不同、机械负荷不同、热负荷不同等，这些因素均会造成各缸的不均匀性。传统开环方式无法精确的控制燃烧过程，随着发动机电控技术的不断发展，引入了反馈控制的方式以更好的控制燃烧，避免缸内燃烧不稳定和循环
波动现象。
[0003] 现阶段，反馈各个
气缸工作均匀性的手段包括，
[0004] 1、通过测量缸内电离
电流间接获得缸内状态，其特点是，利用离子电流
信号感应燃烧信号，但是难以定量分析，而且小负荷工况时，离子电流信号较弱，给反馈控制带来很多不
稳定性。
[0005] 2、通过发动机
曲轴瞬时转速信号，间接预测缸内工作状态，其特点是，测量简单、成本低廉，但具有较大的局限性，无法测得平均指示压力IMEP、燃烧中点CA50等重要的参数。
[0006] 3、通过缸压
传感器，直接测量气缸内的压力，其特点是，可在任何工况下可靠精确监测缸内燃烧情况，而且可以做到定量分析。这是因为，气缸压力包括了相关的燃烧信息，燃烧信息又决定了发动机的性能和排放，最高燃烧压力直接影响发动机的可靠性和热效率，间接反映了缸内
温度高低，平均有效压力表征了输出
扭矩的范围，缸压随时间的变化代表了发动机的动态性能。因此，将气缸压力作为反馈信号，可以提供发动机燃烧过程的实时标志，利于燃烧过程的分析和闭环控制。
[0007]
现有技术的缺点为对于多缸发动机的不均匀问题，多利用曲轴瞬时转速的波动检测，但是这种方法具有较大的局限性，无法测得平均指示压力IMEP、燃烧中点CA50等重要的参数；而还有部分利用离子电流信号感应燃烧信号的方法，难以定量分析，而且小负荷工况时，离子电流信号较弱，给反馈控制带来很多不稳定性。
发明内容
[0008] 有鉴于此，本发明旨在提出一种发动机的控制方法，该方法可以提升发动机的各缸的工作均匀性，进而提升发动机的工作性能。
[0009] 为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
[0010] 一种发动机的控制方法，包括以下步骤：获取发动机曲轴
位置信号以及每个气缸的缸压信号；根据每个气缸的缸压信号得到燃烧特征参数的偏差率计算公式和不均匀性变动系数计算公式，其中，所述燃烧特征参数包括平均指示压力和燃烧中点；根据所述曲轴位置信号以及每个气缸的缸压信号提取所述燃烧特征参数，并获取所述发动机的实际指示压力和实际燃烧中点；根据所述偏差率计算公式计算所述平均指示压力和所述实际指示压力之间的偏差率，并根据所述不均匀性变动系数计算公式计算所述平均指示压力和所述实际指示压力之间的不均匀性变动系数；根据所述偏差率和所述不均匀性变动系数调整气缸的喷油量和喷油
角度。
[0011] 进一步的，所述偏差率计算公式为：所述偏差率计算公式为：
[0012]
[0013] 其中，发动机包括气缸1至汽缸n，n大于1，在某一个或某几个循环内，Δδ(i)为气缸i在一个或几个循环内的偏差率，δ(i)表示气缸i的压力，max和min分别代表偏差率的最大值和最小值， 表示在测量时间内，气缸i的平均压力；
[0014] 所述不均匀性变动系数计算公式为：
[0015]
[0016] 其中，δCoV为不均匀性变动系数， 其中， 表示多个气缸的压力的平均值，σ(i)为气缸i的缸压的标准偏差。
[0017] 进一步的，所述根据所述曲轴位置信号以及每个气缸的缸压信号提取所述燃烧特征参数，具体包括：根据每个气缸的缸压信号绘制该气缸随
曲轴转角变化的曲线；通
过热力学公式从所述曲线中提取所述燃烧特征参数。
[0018] 进一步的，所述根据所述偏差率和所述不均匀性变动系数调整气缸的喷油量和喷油角度，具体包括：比较所述偏差率与预设偏差率，并比较所述不均匀性变动系数与预设不均匀性变动系数；如果所述偏差率大于所述预设偏差率和/或所述不均匀性变动系数大于所述预设不均匀性变动系数，则调整气缸的喷油量和喷油角度。
[0019] 进一步的，所述调整气缸的喷油量和喷油角度，具体包括：根据燃烧特征参数的目标值以及燃烧特征参数的实际测量值建立控制规律，所述控制规律如以下公式：
[0020]
[0021] 其中，t表示时间，k表示
采样序号；Kp、Ki和Kd分别为比例系数、积分系数和微分系数；Ti和Td表示积分时间常数和微分时间常数；根据所述控制规律得到所述燃烧特征参数的增量；根据所述燃烧特征参数的增量调整气缸的喷油量和喷油角度。
[0022] 相对于现有技术，本发明所述的发动机的控制方法具有以下优势：
[0023] 本发明所述的发动机的控制方法，根据发动机的平均燃烧特征参数和实际反馈的燃烧特征参数之间的偏差率和不均匀性变动系数对喷油量和喷油角度进行控制，从而可以提升发动机的各缸的工作均匀性，进而提升发动机的工作性能。
[0024] 本发明的另一个目的在于提出一种发动机的控制系统，该系统可以提升发动机的各缸的工作均匀性，进而提升发动机的工作性能。
[0025] 为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
[0026] 一种发动机的控制系统，包括：信号获取模
块，用于获取发动机曲轴位置信号以及每个气缸的缸压信号；生成模块，用于根据每个气缸的缸压信号得到燃烧特征参数的偏差率计算公式和不均匀性变动系数计算公式，其中，所述燃烧特征参数包括平均指示压力和燃烧中点；提取模块，用于根据所述曲轴位置信号以及每个气缸的缸压信号提取所述燃烧特征参数，并获取所述发动机的实际指示压力和实际燃烧中点；计算模块，用于根据所述偏差率计算公式计算所述平均指示压力和所述实际指示压力之间的偏差率，并根据所述不均匀性变动系数计算公式计算所述平均指示压力和所述实际指示压力之间的不均匀性变动系数；控
制模块，用于根据所述偏差率和所述不均匀性变动系数调整气缸的喷油量和喷油角度。
[0027] 进一步的，所述偏差率计算公式为：所述偏差率计算公式为：
[0028]
[0029] 其中，发动机包括气缸1至汽缸n，n大于1，在某一个或某几个循环内，Δδ(i)为气缸i在一个或几个循环内的偏差率，δ(i)表示气缸i的压力，max和min分别代表偏差率的最大值和最小值， 表示在测量时间内，气缸i的平均压力；
[0030] 所述不均匀性变动系数计算公式为：
[0031]
[0032] 其中，δCoV为不均匀性变动系数， 其中， 表示多个气缸的压力的平均值，σ(i)为气缸i的缸压的标准偏差。
[0033] 进一步的，所述
控制模块用于：比较所述偏差率与预设偏差率，并比较所述不均匀性变动系数与预设不均匀性变动系数；如果所述偏差率大于所述预设偏差率和/或所述不均匀性变动系数大于所述预设不均匀性变动系数，则调整气缸的喷油量和喷油角度。
[0034] 进一步的，所述控制模块用于：根据燃烧特征参数的目标值以及燃烧特征参数的实际测量值建立控制规律，所述控制规律如以下公式：
[0035]
[0036] 其中，t表示时间，k表示采样序号；Kp、Ki和Kd分别为比例系数、积分系数和微分系数；Ti和Td表示积分时间常数和微分时间常数；根据所述控制规律得到所述燃烧特征参数的增量；根据所述燃烧特征参数的增量调整气缸的喷油量和喷油角度。
[0037] 所述的发动机的控制系统与上述的发动机的控制方法相对于现有技术所具有的优势相同，在此不再赘述。
[0038] 本发明的另一个目的在于提出一种车辆，该车辆可以提升发动机的各缸的工作均匀性，进而提升发动机的工作性能。
[0039] 为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
[0040] 一种车辆，设置有如上述
实施例所述的发动机的控制系统，该车辆可以提升发动机的各缸的工作均匀性，进而提升发动机的工作性能。
[0041] 所述的车辆与上述的发动机的控制系统相对于现有技术所具有的优势相同，在此不再赘述。
附图说明
[0042] 构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
[0043] 图1为本发明实施例所述的发动机的控制方法的
流程图；
[0044] 图2为本发明实施例所述的发动机的控制方法中的发动机的控制系统的结构
框图；
[0045] 图3为本发明实施例所述的发动机的控制方法的控制示意图；以及
[0046] 图4为本发明另一个实施例所述的发动机的控制系统的结构框图。
[0047] 附图标记说明：
[0048] 400-发动机的控制系统、410-信号获取模块、420-生成模块、430-提取模块、440-计算模块和450-控制模块。
具体实施方式
[0049] 需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0050] 下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
[0051] 图1是根据本发明一个实施例的发动机的控制方法的流程图。
[0052] 如图1所示，根据本发明一个实施例的发动机的控制方法，包括如下步骤：
[0053] S101：获取发动机曲轴位置信号以及每个气缸的缸压信号。例如：通过气缸
压力传感器、曲轴
位置传感器、
凸轮轴位置传感器等检测每个气缸的缸压信号、曲轴位置信号和
凸轮轴位置信号等。
[0054] 具体来说，如图2所示，每个气缸的缸压信号通过发动机每缸安装的缸压传感器进行采集，采集工作过程中的缸压信号即：δ(1)、δ(2)…δ(i)，进一步地，可通过电荷
放大器将缸压传感器输出的电荷信号转变成0～10V的
电压信号，再经过标定转换为缸压信号，由于缸压为高频脉动信号，信息量很大，因此，有必要将信号中的高频部分用低通滤波的方法滤去，即：对带有测量噪声的原始的缸压信号进行滤波，滤波后的缸压信号与曲轴和凸轮轴提供的信号(即曲轴位置信号和凸轮轴位置信号)。
[0055] S102：根据每个气缸的缸压信号得到燃烧特征参数的偏差率计算公式和不均匀性变动系数计算公式，其中，燃烧特征参数包括平均指示压力和燃烧中点。
[0056] 其中，偏差率计算公式为：所述偏差率计算公式为：
[0057]
[0058] 其中，发动机包括气缸1至汽缸n，n大于1，在某一个或某几个循环内，Δδ(i)为气缸i在一个或几个循环内的偏差率，δ(i)表示气缸i的压力，max和min分别代表偏差率的最大值和最小值， 表示在测量时间内，气缸i的平均压力；
[0059] 所述不均匀性变动系数计算公式为：
[0060]
[0061] 其中，δCoV为不均匀性变动系数， 其中， 表示多个气缸的压力的平均值，σ(i)为气缸i的缸压的标准偏差。
[0062] 具体而言，对于发动机的工作不均匀性，可以从两个角度进行衡量，一是衡量某一个或某几个循环内，同一气缸自身循环变动造成的参数偏差，以偏差率表示；二是衡量不同气缸之间的参数偏离情况，以不均匀变动系数来表示。
[0063] 发动机为n缸，每缸都装有缸压传感器，提供n路缸压信号，分别表示为δ(1)至δ(i)。
[0064] 在某一个或某几个循环内，第i个气缸的偏差率Δδ(i)表示为，
[0065]
[0066] 其中，δ(i)表示第i缸的压力，max和min分别代表最大值和最小值， 表示在测量时间内，第i个气缸的平均压力。
[0067] 通过压力的不均匀性变动系数δCoV(CoV,Coefficient of Variation)，对各缸缸压之间的参数偏离情况进行评价，
[0068]
[0069] 其中，分母 表示各缸压力的平均值，分子σ(i)为第i缸缸压的标准偏差，[0070]
[0071]
[0072] 在此
基础上，对多个循环(m个循环)求平均，连续对m个循环的燃烧特征参数进行监测，来消除循环间的随机波动误差造成的影响，
[0073]
[0074] 其中，k表示循环数。
[0075] S103：根据曲轴位置信号以及每个气缸的缸压信号提取燃烧特征参数，并获取发动机的实际指示压力和实际燃烧中点。例如：根据每个气缸的缸压信号绘制该气缸随曲轴转角变化的曲线；通过
热力学公式从曲线中提取所述燃烧特征参数。
[0076] 具体而言，首先将采集到的缸压信号绘制成缸压随曲轴转角变化的曲线，再通过热力学公式进行数学运算，提取成燃烧特征参数，进行不一致性判定，即：判别不同气缸内的燃烧过程是否产生需要进行控制的不一致性，燃烧特征参数包括了平均指示压力(IMEP)和燃烧中点(CA50)，燃烧始点(CA10)等。而作为判别的反馈量的选择要考虑到可准确反映出缸内燃烧状态。CA50可以指示出燃烧
重心，IMEP可以反映发动机的经济性及动力性。
[0077] S104：根据偏差率计算公式计算平均指示压力和实际指示压力之间的偏差率，并根据不均匀性变动系数计算公式计算平均指示压力和实际指示压力之间的不均匀性变动系数。
[0078] 具体来说，如果产生不一致性，则需要对燃烧特征参数进行闭环控制。控制量的选取对于改善性能十分重要。发动机的
燃油供给系统、配气系统均为可控系统，可通过控制喷油及控制配气实现对燃烧状态的改变，但配气系统响应速度较慢，在要求较高瞬态响应的工况下，不适合作为控制量，而燃油供给系统中的参数更改，可以在几个工作循环内快速影响发动机性能状态，对实时响应要求高的反馈控制系统中适于作为控制量。
[0079] 对于具体的控制策略，如图3所示，上部表示对于IMEP的反馈控制，下部表示对于CA50的反馈控制。将经过滤波后的反馈变量IMEPi和CA50i，平均值IMEPmean和CA50mean带入上述的偏差率计算公式以及不均匀性变动系数计算公式，从而得到偏差率和不均匀性变动系数。
[0080] S105：根据偏差率和不均匀性变动系数调整气缸的喷油量和喷油角度。
[0081] 具体地，比较所述偏差率与预设偏差率，并比较所述不均匀性变动系数与预设不均匀性变动系数；如果所述偏差率大于所述预设偏差率和/或所述不均匀性变动系数大于所述预设不均匀性变动系数，则调整气缸的喷油量和喷油角度。进一步地，根据燃烧特征参数的目标值以及燃烧特征参数的实际测量值建立控制规律，所述控制规律如以下公式：
[0082]
[0083] 其中，t表示时间，k表示采样序号；Kp、Ki和Kd分别为比例系数、积分系数和微分系数；Ti和Td表示积分时间常数和微分时间常数；根据所述控制规律得到所述燃烧特征参数的增量；根据所述燃烧特征参数的增量调整气缸的喷油量和喷油角度。
[0084] 也就是说，如果两者偏差小于目标偏差，则认为通过不一致性判定，不进行反馈调整，控制策略沿着图中的①线进行，即执行机构继续按照上一步的策略进行；如果两者偏差大于目标偏差，则认为未通过不一致性判定，需要进行反馈调整，控制策略沿着图中的②线进行，需要注意的是，②线分为两路进行，这两路分别是对循环喷油量Qcyc和喷油提前角β进行反馈控制，对于②线流程，流程框中的F1表示，以IMEP和CA50为自变量，Qcyc为因变量的函数。流程框中的F2表示，以IMEP和CA50为自变量，β为因变量的函数。需要注意的是，函数F1和F2之间存在耦合关系，相互影响。由上所述，在②路流程，即构成了双输入双输出系统，两个输入参数是IMEP和CA50，两个输出参数是Qcyc和β。
[0085] 具体对于IMEP和CA50的控制方式，将燃烧特征参数的目标值定义为r(t)，实际测量值定义为c(t)，其偏差值定义为e(t)，有：
[0086] e(t)＝|r(t)-c(t)|；
[0087] 通过PID
控制器对被控对象进行控制，连续控制规律为：
[0088]
[0089] 将上式转化为控制系统可以根据离散的采样时刻利用的控制规律，即对式&&离散化处理，得：
[0090]
[0091] 其中，t表示时间，k表示采样序号；Kp、Ki和Kd分别为比例系数、积分系数和微分系数；Ti和Td表示积分时间常数和微分时间常数。
[0092] 为降低执行机构的大幅运动，控制器采用对控制量的增量进行输出，由于第k-1次采样有：
[0093]
[0094] 根据上述的公式，燃烧特征参数的增量的控制
算法为：
[0095] Δu(k)＝Kpe(k)+Kp[e(k)-e(k-1)]+Kd[e(k)+e(k-2)-2e(k-1)]。
[0096] 从而完成对喷油量和喷油角度的调整。
[0097] 根据本发明实施例的发动机的控制方法，根据发动机的平均燃烧特征参数和实际反馈的燃烧特征参数之间的偏差率和不均匀性变动系数对喷油量和喷油角度进行控制，从而可以提升发动机的各缸的工作均匀性，进而提升发动机的工作性能。
[0098] 进一步地，如图4所示，本发明的实施例公开了一种发动机的控制系统400，包括：信号获取模块410、生成模块420、提取模块430、计算模块440和控制模块450。
[0099] 其中，信号获取模块410用于获取发动机曲轴位置信号以及每个气缸的缸压信号；生成模块420用于根据每个气缸的缸压信号得到燃烧特征参数的偏差率计算公式和不均匀性变动系数计算公式，其中，所述燃烧特征参数包括平均指示压力和燃烧中点；提取模块
430用于根据所述曲轴位置信号以及每个气缸的缸压信号提取所述燃烧特征参数，并获取所述发动机的实际指示压力和实际燃烧中点；计算模块440用于根据所述偏差率计算公式计算所述平均指示压力和所述实际指示压力之间的偏差率，并根据所述不均匀性变动系数计算公式计算所述平均指示压力和所述实际指示压力之间的不均匀性变动系数；控制模块
450用于根据所述偏差率和所述不均匀性变动系数调整气缸的喷油量和喷油角度。
[0100] 在本发明的一个实施例中，所述偏差率计算公式为：所述偏差率计算公式为：
[0101]
[0102] 其中，发动机包括气缸1至汽缸n，n大于1，在某一个或某几个循环内，Δδ(i)为气缸i在一个或几个循环内的偏差率，δ(i)表示气缸i的压力，max和min分别代表偏差率的最大值和最小值， 表示在测量时间内，气缸i的平均压力；
[0103] 所述不均匀性变动系数计算公式为：
[0104]
[0105] 其中，δCoV为不均匀性变动系数， 其中， 表示多个气缸的压力的平均值，σ(i)为气缸i的缸压的标准偏差。
[0106] 在本发明的一个实施例中，控制模块450用于：比较所述偏差率与预设偏差率，并比较所述不均匀性变动系数与预设不均匀性变动系数；如果所述偏差率大于所述预设偏差率和/或所述不均匀性变动系数大于所述预设不均匀性变动系数，则调整气缸的喷油量和喷油角度。
[0107] 进一步地，控制模块450用于：根据燃烧特征参数的目标值以及燃烧特征参数的实际测量值建立控制规律，所述控制规律如以下公式：
[0108]
[0109] 其中，t表示时间，k表示采样序号；Kp、Ki和Kd分别为比例系数、积分系数和微分系数；Ti和Td表示积分时间常数和微分时间常数；根据所述控制规律得到所述燃烧特征参数的增量；根据所述燃烧特征参数的增量调整气缸的喷油量和喷油角度。
[0110] 根据本发明实施例的发动机的控制系统，根据发动机的平均燃烧特征参数和实际反馈的燃烧特征参数之间的偏差率和不均匀性变动系数对喷油量和喷油角度进行控制，从而可以提升发动机的各缸的工作均匀性，进而提升发动机的工作性能。
[0111] 需要说明的是，本发明实施例的发动机的控制系统的具体实现方式与本发明实施例的发动机的控制方法的具体实现方式类似，具体请参见方法部分的描述，为了减少冗余，不做赘述。
[0112] 进一步地，本发明的实施例公开了一种车辆，该车辆设置有上述实施例所述的发动机的控制系统。该车辆根据发动机的平均燃烧特征参数和实际反馈的燃烧特征参数之间的偏差率和不均匀性变动系数对喷油量和喷油角度进行控制，从而可以提升发动机的各缸的工作均匀性，进而提升发动机的工作性能。
[0113] 另外，根据本发明实施例的车辆的其它构成以及作用对于本领域的普通技术人员而言都是已知的，为了减少冗余，不做赘述。
[0114] 以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何
修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
